Qu’est-ce qu’un réseau de diffraction ?
Un réseau de diffraction est un élément optique fabriqué sur un substrat de verre avec de fines rainures régulièrement espacées. Lorsque la lumière est irradiée sur un réseau de diffraction, les rainures ont pour effet de diffracter la lumière, ce qui permet de diviser la lumière incidente en fonction de la longueur d’onde. Il existe plusieurs types de réseaux : transmissifs, réfléchissants et brasés. Chacun a une structure légèrement différente et donc des performances spectrales différentes.
Comme les réseaux de diffraction peuvent extraire la lumière d’une certaine longueur d’onde, ils sont utilisés dans les monochromateurs, qui émettent de la lumière d’une seule longueur d’onde, et les polychromateurs, qui émettent de la lumière d’une gamme fixe de longueurs d’onde.
Utilisations des réseaux de diffraction
Les réseaux de diffraction ont des surfaces finement rainurées et possèdent la propriété de spectroscopie, par laquelle la lumière incidente est divisée en différentes longueurs d’onde. Ces réseaux sont utilisés dans des dispositifs qui utilisent cette propriété pour contrôler la longueur d’onde de la lumière.
Ils sont par exemple utilisés dans les monochromateurs, qui émettent une seule longueur d’onde, et les polychromateurs, qui émettent une longueur d’onde de largeur fixe. Ils sont également utilisés dans les spectrophotomètres pour les observations astronomiques, dans divers analyseurs spectroscopiques pour les sciences naturelles et dans les équipements de fabrication et de contrôle de la qualité pour les produits pharmaceutiques et chimiques.
Principe des réseaux de diffraction
Les réseaux de diffraction sont fabriqués en déposant un métal tel que l’aluminium sur un substrat de verre et en y inscrivant un grand nombre de lignes parallèles – 15 000 à 30 000 pour la lumière UV à visible et 15 000 à 25 000 pour la lumière infrarouge. Ces rainures diffusent la lumière incidente, produisant des franges d’interférence. La lumière incidente peut ainsi être divisée en fonction de la longueur d’onde.
En raison de leur résolution lumineuse supérieure à celle des prismes et de leur dispersion égale à toutes les longueurs d’onde, les réseaux de Diffraction sont utilisés dans de nombreux instruments spectrométriques. Les prismes sont fabriqués en verre optique et utilisent des indices de réfraction différents pour les différentes longueurs d’onde de la lumière afin d’obtenir une dispersion. Les réseaux de diffraction, en revanche, utilisent le fait que la direction de diffraction de la lumière incidente diffère en fonction de la longueur d’onde de la lumière pour la disperser.
Le principe de base des réseaux de diffraction est illustré dans le schéma ci-dessous. Les réseaux de diffraction utilisent le phénomène de diffraction de la lumière. La lumière incidente sur une fine fente S0 se diffracte dans différentes directions, S0 étant la source d’onde. Les réseaux de diffraction comportent des rainures ou d’autres structures (S1, S2,…) correspondant à ces fentes. La lumière émise ou réfléchie par le réseau de diffraction est réfléchie par les fentes (G1, G2,…) à intervalles égaux (sous la forme d’un réseau). La lumière émise ou réfléchie par les rainures provoque des interférences. Les interférences dans la direction angulaire de l’angle d’émission ou de réflexion, telles que la différence de chemin optique entre les rainures adjacentes est un multiple pair d’une demi-longueur d’onde (un multiple entier de la longueur d’onde), se renforcent mutuellement, tandis que les interférences dans la direction angulaire, telles que la différence de chemin optique est un multiple impair d’une demi-longueur d’onde (un demi-multiple entier de la longueur d’onde), s’affaiblissent mutuellement. Ce principe permet de diviser la lumière en longueurs d’onde et d’extraire la lumière de chaque longueur d’onde.
Il existe deux types de réseaux de diffraction : les réseaux originaux et les réseaux répliqués. Les réseaux de diffraction originaux sont difficiles et coûteux à produire, car ils doivent être particulièrement précis. Les réseaux de diffraction répliqués peuvent être fabriqués en grand nombre à partir de réseaux originaux et sont donc moins chers et plus largement utilisés.
Types de réseaux
Il existe deux types principaux de réseaux de diffraction. L’un transmet la lumière et l’autre la réfléchit. Les réseaux de transmission, qui transmettent la lumière, sont moins couramment utilisés parce qu’ils nécessitent une transparence sur une large gamme de longueurs d’onde, mais ils sont souvent utilisés dans le cadre de l’enseignement comme démonstration simple de la spectroscopie de la lumière naturelle. Les réseaux de réflexion, un autre type de réseau de diffraction, sont des réseaux gravés sur une surface métallique et sont principalement utilisés dans les spectrophotomètres où la précision est requise.
Lors de la manipulation des réseaux de diffraction, il faut veiller à ce que la saleté n’y adhère pas. Par exemple, une manipulation à mains nues peut entraîner l’adhésion de composants tels que le sébum sur le réseau de diffraction et réduire ses performances. De même, dans les environnements où la condensation se produit facilement, l’eau peut adhérer au réseau de diffraction et dégrader ses propriétés optiques. De plus, lors de la manipulation d’une lumière intense telle que la lumière laser, il est nécessaire de vérifier le comportement de la diffraction à l’avance et de comprendre la direction dans laquelle la lumière est projetée afin qu’elle n’irradie pas les personnes.